中國(guó)科普網(wǎng)訊（記者胡利娟）1月7日，深圳華大生命科學(xué)研究院生物多樣性團(tuán)隊(duì)聯(lián)合浙江大學(xué)、哥本哈根大學(xué)、澳大利亞阿德萊德大學(xué)等單位，在《自然》雜志（Nature）上發(fā)表了單孔目基因組的最新研究結(jié)果。這是由中外科學(xué)家共同合作，首次成功構(gòu)建出了包括人類(lèi)在內(nèi)的所有現(xiàn)生哺乳動(dòng)物共同祖先的基因組圖譜。其將為深入了解哺乳動(dòng)物的重要演化歷程提供新的結(jié)果。
進(jìn)食中的鴨嘴獸。（華大基因供圖）
該成果是以該研究團(tuán)隊(duì)獲得的鴨嘴獸、針鼴等哺乳動(dòng)物的高質(zhì)量基因組數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)比較人、有袋類(lèi)動(dòng)物、鳥(niǎo)和爬行動(dòng)物等多種動(dòng)物的基因組數(shù)據(jù)，最終追根溯源，獲得了距今大約1.8億年前的早期哺乳動(dòng)物祖先的基因組演化信息。
哺乳動(dòng)物染色體演化歷程簡(jiǎn)圖。（周旸等繪）
“這次構(gòu)建出的哺乳動(dòng)物祖先序列，對(duì)于理解包括人在內(nèi)的哺乳類(lèi)如何發(fā)生輻射性的適應(yīng)演化提供了重要的參考信息。”論文第一作者，丹麥哥本哈根大學(xué)和深圳華大生命科學(xué)研究院聯(lián)合培養(yǎng)的周旸博士表示，現(xiàn)代人有46條染色體，而我們和鴨嘴獸的最近共同祖先很可能有60條染色體，這些染色體經(jīng)過(guò)了很多次的變異才形成了今天的狀態(tài)。
作為最早分化形成的哺乳動(dòng)物物種，單孔目處在哺乳動(dòng)物的演化過(guò)程中一個(gè)非常重要的位置，是我們了解哺乳動(dòng)物演化歷史的關(guān)鍵分支。這些獨(dú)特的生物學(xué)特性和演化地位一直吸引著科學(xué)家對(duì)它們的性狀特征起源進(jìn)行研究。
與其他哺乳動(dòng)物相比，單孔目物種的特殊性還在于它們具有的性染色體結(jié)構(gòu)：包括人在內(nèi)的大多數(shù)其他哺乳動(dòng)物只有一對(duì)性染色體（雄性為XY，雌性XX），而它們則有五對(duì)共十條性染色體。
鴨嘴獸與同在澳洲大陸的針鼴一起，組成了哺乳動(dòng)物原獸亞綱的單孔目。它具有鴨子般的嘴、鼴鼠般的身體和河貍般的尾巴，曾一度被認(rèn)為是一種生物演化的奇跡。雖然針鼴的長(zhǎng)相略微“正常”，像一只刺猬，但是和鴨嘴獸一樣，它們都有著不少令人瞠目結(jié)舌的特性。其中最奇特的是雖然作為哺乳動(dòng)物，它們卻像鳥(niǎo)類(lèi)一樣通過(guò)生蛋來(lái)繁殖后代，同時(shí)這類(lèi)物種也能夠分泌乳汁并哺乳后代。
論文通訊作者之一、澳大利亞的弗朗克·格魯茲納教授介紹說(shuō)，鴨嘴獸和針鼴等單孔類(lèi)哺乳動(dòng)物是非常古老的類(lèi)群，它們與其他所有現(xiàn)生哺乳動(dòng)物在演化上是姐妹群的關(guān)系，并于約1.8億年前與其他哺乳動(dòng)物分化開(kāi)來(lái)。它們的基因組數(shù)據(jù)可以幫助我們了解1.8億年前哺乳動(dòng)物的共同祖先，以及它們?cè)谘莼^(guò)程中各自發(fā)生了什么變化。
多對(duì)性染色體的起源示意圖，染色體之間多次發(fā)生了轉(zhuǎn)座易位事件。（周旸繪）
“我們都知道，人和其他絕大多數(shù)哺乳動(dòng)物通過(guò)X和Y兩條染色體決定性別。XY染色體決定了雄性，XX則對(duì)應(yīng)雌性。”論文通訊作者、浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院周琦教授稱(chēng)，單孔類(lèi)的性染色體與包括人在內(nèi)的大多數(shù)哺乳動(dòng)物的性染色體沒(méi)有任何同源關(guān)系，反而和鳥(niǎo)類(lèi)更接近。也就是說(shuō)，我們與鴨嘴獸是在最近共同祖先分歧之后的大約數(shù)千萬(wàn)年內(nèi)各自獨(dú)立演化出了不同的性染色體系統(tǒng)。
“事實(shí)上，鴨嘴獸有5對(duì)性染色體，也就是10條。而我們?nèi)祟?lèi)只有1對(duì)，也就是2條。”周旸補(bǔ)充說(shuō)，研究顯示，單孔類(lèi)的性染色體很可能經(jīng)過(guò)了非常復(fù)雜的演化。
單孔目動(dòng)物祖先的細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂時(shí)染色體配對(duì)可能形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)（左）和現(xiàn)代單孔目動(dòng)物細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)染色體配對(duì)呈現(xiàn)的線(xiàn)性排列（右）的示意圖。（周旸繪）
本次研究還揭示了鴨嘴獸和針鼴在演化過(guò)程中發(fā)生的一系列特殊事件，如與牙齒有關(guān)的部分基因丟失從分子機(jī)制上找了這兩種動(dòng)物成年后完全失去牙齒的原因，而另一些保留的與卵形成有關(guān)的基因則提示了單孔類(lèi)作為少數(shù)卵生哺乳類(lèi)動(dòng)物的線(xiàn)索。同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)編碼哺乳動(dòng)物的乳汁主要蛋白成分的基因在單孔目里已經(jīng)存在，說(shuō)明泌乳和乳汁的性狀在所有現(xiàn)生哺乳動(dòng)物的最近共同祖先就已經(jīng)演化形成。
“通過(guò)最新的測(cè)序技術(shù)結(jié)合分子標(biāo)記圖譜，我們可以獲得質(zhì)量更高的染色體級(jí)別的基因組數(shù)據(jù)，通過(guò)我們建立的算法，可以很系統(tǒng)的開(kāi)展比較分析，幫助我們更好地理解物種演化過(guò)程中的分子機(jī)制。”本研究的通訊作者，深圳華大生命科學(xué)研究院、中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所及丹麥哥本哈根大學(xué)的張國(guó)捷教授總結(jié)說(shuō)，“這一研究不僅揭示了精細(xì)的染色體結(jié)構(gòu)變異過(guò)程如何影響哺乳動(dòng)物早期演化過(guò)程，同時(shí)也解答了許多單孔目物種這一特殊哺乳動(dòng)物類(lèi)群許多特殊生物學(xué)性狀的產(chǎn)生機(jī)制。”
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